我们现在对手机、IPAD等随身电器的使用频率越来越高,依赖程度也越来越大。相信大家都会碰到这样的情况,那就是一时半会找不到充电器而手机马上就要没电,或者家里停电了,这个时候如果有什么好的方法能给手机续航,那绝对像是找到了“救命稻草”。有人脑洞大开,认为既然电鳗可以放电,而且释放的电压又比较高,能否利用它们来收集电能,从而达到给手机充电的目的呢?
先来认识认识电鳗这个家伙
电鳗隶属于辐鳍鱼纲电鳗目裸背电鳗科,是一种主要分布于南美洲亚马逊河流域特别是圭亚那地区的淡水鱼类,由于它可以在水中释放出一定强度的电流,因而得名“水中高压线”。
从体型上看,电鳗的平均身长在0.8米左右,有的甚至能够长到2米以上,堪称亚马逊河中的“巨无霸”鱼类了。它的体型偏圆桶状,比成人的手臂可能还要粗,其头部比较宽扁,眼睛特别小,而且面部还密布着许多凹陷的坑洞,这就使得其形态看上去比较怪异。
电鳗的背鳍和腹鳍高度退化,并且与臀鳍长连在一起,使得它的臀鳍以及尾部显得很长。在游动时,主要依靠臀鳍的波浪状摆动来实现在水中的前进或者后退,而身体的前半部分在游动时几乎不做摆动,这样的游动方式使得其游动线路比较平滑,泳姿非常优雅,不少爱好养鱼人士将其放在水族箱里进行饲养,成为居家环境中的一个很大的亮点。
电鳗的生活区域主要集中在亚马逊河的浅水区域、沼泽或者支流沟岔比较浑浊的水域,是所在区域攻击性很强的食肉性鱼类,常以生活在水中的鱼虾、螃蟹、甲壳动物以及水生昆虫为食。由于它们的眼睛退化得非常严重,视力很差,判断方位、选择移动路线或者靠近捕食对象,主要依靠身体所发生的电脉冲。当它们发现并锁定猎物以后,在接近猎物达到一定距离以内时,就会释放出强大的电流将猎物电晕或者电死,然后再大快朵颐一番。当它们遭遇到其它动物的骚扰或者感受到外界的其它威胁时,也会释放出电流,在震慑对方的同时,也趁机溜走。
电鳗其实不是鳗鱼
虽然电鳗的名字中有“鳗”这个字,但是从生物学分类上,电鳗和鳗鱼属于两个生物类别。刚才提到了,电鳗隶属于电鳗目裸背电鳗科,而鳗鱼隶属于鳗鲡目下的多种鱼类。之所以电鳗这种鱼类的名字中带有“鳗”这个字,主要原因在于它的外形,长条的身形比较接近鳗鱼而已。
在非洲的尼罗河、查德湖、尼日河等淡水河湖中,也生活着一种放电的鱼类-电鲇(也叫电鲇、电猫),虽然形体上与电鳗差别较大,但是在生物学关系上,电鳗和电鲇的亲缘关系,要比鳗鱼近一些。
目前全世界已经发现的可以放电的鱼类差不多有10多种,而电鳗是放电强度最大的一类,特别是生活在亚马逊河流域的电鳗更是其中的佼佼者。亚马逊电鳗共有三个种类,分别是普通电鳗、伏打电鳗和瓦氏电鳗,而伏打电鳗的放电强度最为突出,一次可以达到850伏特左右,而且每秒可以放电50次,杀伤力非常强。
电鳗放电的原理
在长期的进化过程中,电鳗的身体结构为了能适应放电的需求,其内脏的各种器官,都集中分布在身体的前半部分,准确地说是集中在头部后面非常小的一段身躯之内,就连肛门都分布在这一区域(下巴上),这一点与其它鱼类形成了鲜明的对比。除了头部及附近的区域、鱼鳍以外,鳗鱼的其它部位(大约占比80%)都可以用来发电。
其实,任何一种生物体,只要具备细胞结构,都能够释放生物电流,这主要是由于细胞膜的内外具有不同性质的电荷所造成,在细胞受到外部刺激感应时,膜外钠离子会通过相应的通道进入膜内,从而使细胞膜呈现规律性地电荷性质改变状态,从而产生电位差来传导生物电信号。只不过由于绝大部分生物体内的细胞,其细胞膜的结构都是相同的,所以电位的改变不会呈现只朝某个方向传递电流的状态,因此形成不了电流。
但是鳗鱼和其它能够发电的鱼类却不同,它们的发电细胞的细胞膜却具有不同的结构,特别是两面的钠离子通道不同,一面有而一面没有,所以钠离子的移动就具有了方向性,与此同时,由这些细胞所组成的肌肉组织,具有明显的片状结构,每一个肌肉薄片都可以成为一个放电体,大家可以想象为一个电池。不同的肌肉薄片之间都有特殊的结缔组织,使肌肉薄片相互隔离,在结缔组织中还分布着大量的神经纤维,与电鳗的神经中枢相连,用以调节和控制放电功能。
当电鳗受到外界刺激或者用于捕食需要时,它的每个肌肉薄片在神经系统的控制下,会释放出150毫伏的电压,而电鳗全身拥有5000-8000个这样的放电肌肉薄片,从前到后串联起来,并以头部充当负极、尾部充当正极,也就具备了一次性可以释放几百伏特的电压。
电鳗放出的电能收集利用吗?
答案是目前还不能收集利用,主要原因有以下几点:
一是电鳗释放的电,既不属于电压方向呈周期性变化的交流电,也不属于电压平稳的直流电,而是一种瞬时高压脉冲,而现有的收集贮能装置,基本上都是围绕交流电或者直流电作为输入端,所以找不到可以收集利用的装备。
二是电鳗放电具有高电压低电流的特点,虽然大部分电鳗瞬时释放的电压可能达到数百伏,但是电流却很小,而且随着放电时间的推移,无论是电压还是电流都呈逐渐降低的趋势,很难人为进行控制。
三是电鳗的放电时间很短。仅有个别的电鳗一次放电时间可以持续40秒以上,大部分的电鳗一次放电的时间只有10秒左右。根据能量守恒定律,在放电之后鳗鱼需要一定时间进行体力恢复,通过进食和休息来进行“充电”,方可为下一次放电提供能量供应基础。而一般情况下电鳗的恢复期需要至少半个小时以上,有的甚至需要数个小时。所以,电鳗的电能输出,根本不可能达到持续性和稳定性方面的要求。
总结一下
综上,我们可以看出,电鳗放电是长期进化过程中,为了更好地适应环境以及提高捕食效率,而形成的一种“特异”生理功能,由于放电的低电流、持续时间短、逐渐衰减、不可持续性等特点,特别是目前我们还没有民用的可以将高压脉冲转化为电流的设备,所以想利用电鳗的放电来进行充电,还仅仅处于理论可行阶段。“一顿操作猛如虎”,即使能够收集这些电流,也不可能持续性地进行功率输出,而且效率极低,所以远没有改造和利用一块电池来供电来得方便实际。
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